Какво е безплатна енергия на Гибс?

Най-вероятно първите химически реакции, които сте изучавали в училище, са се движили в една посока; например оцет, излят в сода за хляб, за да се получи „вулкан“. В действителност повечето реакции трябва да бъдат илюстрирани със стрелка, сочеща във всяка посока, което означава, че реакцията може да върви и в двете посоки. Установяването на свободната енергия на Гибс на системата предлага начин да се определи дали едната стрелка е много по-голяма от другата; т.е. реакцията почти винаги ли върви в една посока или и двете са близо до еднакъв размер? В последния случай реакцията е също толкова вероятно да продължи в едната посока, както и в другата. Трите критични фактора при изчисляването на свободната енергия на Гибс са енталпия, ентропия и температура.

Енталпията е мярка за това колко енергия се съдържа в системата. Първичен компонент на енталпията е вътрешната енергия или енергията от произволното движение на молекулите. Енталпията не е нито потенциалната енергия на молекулните връзки, нито кинетичната енергия на движеща се система. Молекулите в твърдо вещество се движат много по-малко от тези на газ, така че твърдото вещество има по-малко енталпия. Другите фактори при изчисляването на енталпията са налягането и обемът на системата, които са най-важни в газовата система. Енталфията се променя, когато работите по система или ако добавяте или изваждате топлина и / или материя.

Можете да мислите за ентропията като мярка за топлинната енергия на системата или като мярка за разстройството на системата. За да видите как двете са свързани, помислете за чаша вода, която замръзва. Когато отнемете топлинна енергия от водата, молекулите, които се движеха свободно и произволно, се заключват в твърд и много подреден леден кристал. В този случай промяната в ентропията за системата е отрицателна; стана по-малко безпорядък. На нивото на Вселената ентропията винаги се увеличава.

Енталпията и ентропията се влияят от температурата. Ако добавите топлина към системата, ще увеличите както ентропията, така и енталпията. Температурата също е включена като независим фактор при изчисляване на свободната енергия на Гибс. Изчислявате промяната в свободната енергия на Гибс, като умножавате температурата по промяната в ентропията и изваждате продукта от промяната в енталпията за системата. От това можете да видите, че температурата може драстично да промени свободната енергия на Гибс.

Възможността да се изчисли свободната енергия на Гибс е важна, защото можете да я използвате, за да определите колко вероятно е да възникне реакция. Отрицателната енталпия и положителната ентропия благоприятстват реакцията напред. Положителната енталпия и отрицателната ентропия не благоприятстват реакцията напред; тези реакции ще вървят в обратна посока, независимо от температурата. Когато единият фактор благоприятства реакцията, а другият не, температурата определя в коя посока ще продължи реакцията. Ако промяната в свободната енергия на Гибс е отрицателна, реакцията ще продължи напред; ако е положително, ще се обърне. Когато е нула, реакцията е в равновесие.